FR2955732A1 - Appareil de conversion de puissance pour une utilisation dans un vehicule - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un appareil de conversion de puissance comprenant une pluralité de modules à semi-conducteurs (1) dans lesquels des dispositifs à semi-conducteurs sont moulés dans une résine, et comportant chacun un corps de module (la), une borne d'entrée (4a) et une borne de sortie (4b), un dissipateur de chaleur (2) avec une forme de parallélépipède rectangle qui comporte des plans principaux de refroidissement sur des surfaces opposées de celui-ci, respectivement, pour le refroidissement de ces modules à semi-conducteurs, et une pluralité de cartes de contrôle (3) qui contrôlent la commande des modules à semi-conducteurs. Figure 1

Description

APPAREIL DE CONVERSION DE PUISSANCE POUR UNE UTILISATION DANS UN VEHICULE CONTEXTE DE L'INVENTION 5 Domaine de l'invention La présente invention concerne particulièrement un appareil de conversion de puissance pour une utilisation dans un véhicule qui est adapté pour être 10 appliqué à un moteur de traction, à un moteur pour la génération d'énergie, etc., utilisé dans un véhicule hybride, un véhicule électrique ou similaire.

Description de l'art connexe 15 Dans le passé, un appareil de conversion de puissance a été utilisé en tant que dispositif de contrôle de commande d'une machine électrique tournante qui est une source d'énergie électrique. Cet appareil est pourvu d'un module à semi-conducteurs et d'une 20 carte de contrôle pour contrôler la commande, la protection, etc., d'un dispositif de commutation à semi-conducteurs qui est un élément constitutif du module à semi-conducteurs. L'appareil de conversion de puissance comprend un 25 onduleur qui sert à convertir une puissance continue en une puissance alternative, et un convertisseur continu- continu qui sert à convertir une puissance continue d'une certaine tension en une autre puissance continue d'une tension différente, dans lequel un simple 30 onduleur, un simple convertisseur continu-continu, une unité combinée de ces onduleur et convertisseur, etc., ont été mis en pratique. En tant qu'un tel appareil de conversion de puissance classique, on connaît un appareil dans lequel une pluralité de modules à semi-conducteurs comportant chacun une puce semi-conductrice reçue dans une enveloppe composée d'une base et d'un boîtier isolant sont agencés sur un dissipateur de chaleur commun dont la surface supérieure a une forme plate (voir une première demande de brevet japonais mise à l'inspection publique de référence de l'art antérieur n° 2001-168278 (paragraphes n° 0018, 0027, 0028 et 0034)). Chaque module à semi-conducteurs de cette première référence de l'art antérieur est construit de sorte qu'une puce semi-conductrice d'un transistor bipolaire à grille isolée (IGBT) et une diode soient connectées en parallèle l'une à l'autre, dans lequel une pluralité de bornes principales (bornes de conduction de fort courant) comportant chacune un trou traversant pour un boulon de montage conducteur formé à travers celles-ci sont agencées en parallèle avec la base de manière à faire saillie à l'extérieur du boîtier. De plus, des bornes de signal (bornes de grille) sont agencées du côté opposé aux bornes principales à travers le boîtier. Chaque module à semi-conducteurs est fixé fermement au dissipateur de chaleur au moyen de boulons de montage qui traversent des trous de montage formés aux quatre coins de la base. De plus, six modules à semi-conducteurs sont utilisés en tant que modules à semi-conducteurs de manière à former un onduleur triphasé qui agit en tant qu'appareil de conversion de puissance, et des boulons de montage sont amenés à pénétrer à travers les bornes principales correspondantes de chaque module à semi-conducteurs, lesquels sont ensuite joints électriquement à des conducteurs (barres de bus), formant de ce fait un câblage pour un circuit principal d'onduleur. En outre, en tant qu'autre appareil de conversion de puissance classique, on connaît un appareil dans lequel une pluralité de modules à semi-conducteurs comportent chacun une puce semi-conductrice reçue dans ceux-ci, de manière identique aux modules à semi-conducteurs de la première référence de l'art antérieur mentionnée ci-dessus, dans lequel des bornes principales et des bornes de signal sont agencées de manière à faire saillie d'un boîtier isolant d'un corps de module de chaque module à semi-conducteurs dans des directions opposées qui diffèrent sensiblement de 180 degrés l'une de l'autre, une paire de plaques d'élément rayonnant étant exposées sur des côtés opposés, respectivement, d'un plan principal (duquel aucune borne ne fait saillie et qui a une aire relativement grande) du boîtier (voir une deuxième demande de brevet japonais mise à l'inspection publique de référence de l'art antérieur n° 2005-73374 (paragraphes n° 0011 et 0017 à 0024)). Une pluralité de modules à semi-conducteurs dans cette deuxième référence de l'art antérieur sont maintenus côte à côte entre une paire de tubes de réfrigérant qui fonctionnent en tant que dissipateurs de chaleur. Les bornes principales faisant saillie du boîtier de chaque module à semi-conducteurs sont jointes électriquement à des conducteurs (barres de bus) qui sont agencés sur un plan sensiblement perpendiculaire au plan principal du boîtier, et sur lesquels un câblage est formé en tant que circuit principal de l'appareil de conversion de puissance. De plus, d'un côté duquel les bornes de signal font saillie, une carte de contrôle est agencée sensiblement à angle droit par rapport au plan principal du boîtier, et les composants de circuits de contrôle sur la carte de contrôle et les bornes de signal des modules à semi-conducteurs sont connectés électriquement les uns aux autres en insérant les bornes de signal dans une pluralité de trous de connexion formés dans la carte de contrôle. Cependant, dans l'appareil de conversion de puissance de la première référence de l'art antérieur, comme montré sur la figure 5 qui sera décrite ultérieurement, la pluralité de modules à semi- conducteurs sont agencés dans le même plan, ainsi la taille extérieure de l'appareil de conversion de puissance est augmentée, en conséquence de quoi un problème existait en ce que le coût et le poids de l'appareil de conversion de puissance en tant que produit augmentent. C'est-à-dire que, dans la première référence de l'art antérieur, les modules à semi-conducteurs respectifs sont agencés sur le dissipateur de chaleur commun de manière plane, ainsi la taille du dissipateur de chaleur augmente en fonction du nombre de modules à semi-conducteurs à utiliser.

De plus, étant donné que les modules à semi-conducteurs sont fixés fermement au dissipateur de chaleur au moyen des boulons de montage traversant les trous de montage formés dans les quatre coins de la base, il est nécessaire de garantir un espace pour agencer les trous de montage, en conséquence de quoi l'aire de projection de l'installation des modules à semi-conducteurs eux-mêmes s'étend ou augmente. En outre, le dissipateur de chaleur est composé d'un matériau métallique du fait de sa capacité de refroidissement et de sa spécification de résistance structurelle, ainsi le poids du dissipateur de chaleur augmente dans une mesure remarquable du fait de l'augmentation de la taille du dissipateur de chaleur.

De plus, l'appareil de conversion de puissance de la deuxième référence de l'art antérieur est formé de sorte que chacun des modules à semi-conducteurs soit maintenu entre une paire de tubes de réfrigérant (ou dissipateurs de chaleur) et par ceux-ci, et les conducteurs (barres de bus) sont agencés du côté duquel les bornes principales des modules à semi-conducteurs font saillie, et la carte de contrôle est agencée du côté duquel les bornes de signal font saillie. Etant donné que la pluralité de modules à semi- conducteurs et de dissipateurs de chaleur sont empilés ou lamifiés pour former une forme tridimensionnelle, les aires de projection des modules à semi-conducteurs et des dissipateurs de chaleur peuvent être réduites comparées à celles de l'appareil de conversion de puissance classique présenté dans la première référence de l'art antérieur. Ainsi, dans les cas où l'appareil de conversion de puissance a une capacité de sortie élevée, il peut être réalisé en agençant une multitude d'unités lamifiées de modules à semi-conducteurs et de dissipateurs de chaleur dans une direction de stratification. Cependant, dans l'appareil de conversion de puissance de la deuxième référence de l'art antérieur, les câblages des conducteurs sont agencés d'un côté et de l'autre côté des modules à semi-conducteurs d'une manière regroupée, et les bornes de signal sont également agencées de l'autre côté des modules à semi-conducteurs d'une manière regroupée, comme montré sur les figures 7(a) et 7(b) qui seront décrites ultérieurement, ainsi des problèmes sont apparus en ce qu'il est difficile d'ajuster les proportions des volumes ou des espaces d'installation individuels nécessaires aux bornes principales, aux parties de câblage conductrices, aux modules à semi-conducteurs, aux dissipateurs de chaleur et à la carte de contrôle, et en ce que la productivité d'assemblage de ceux-ci est faible. En particulier, dans les cas où des dissipateurs de chaleur de type extrêmement minces sont appliqués en tant que dissipateurs de chaleur, la distance entre des bornes de signal contiguës s'étendant des modules à semi-conducteurs contigus situés en ligne sur des côtés opposés de chaque dissipateur de chaleur est réduite, mais d'autre part, la taille des composants de la carte de contrôle reste inchangée et l'aire de la carte de contrôle ne peut pas être réduite, ainsi le volume enveloppant la totalité des bornes principales, des parties de câblage conductrices, des modules à semi-conducteurs, des dissipateurs de chaleur et de la carte de contrôle n'est pas nécessairement réduit. De plus, dans les cas où une multitude de modules à semi-conducteurs et de dissipateurs de chaleur sont empilés ou lamifiés afin d'obtenir un appareil de conversion de puissance avec une sortie de grande capacité, la différence entre la longueur dans la direction de stratification et la longueur de côté long de la carte de contrôle rectangulaire devient plus faible, ainsi le problème mentionné ci-dessus en relation avec l'ajustement des proportions des volumes ou des espaces d'installation peut être atténué dans une certaine mesure.

Cependant, dans les cas où la sortie de l'appareil de conversion de puissance peut être faible et où le nombre de lamifications des modules à semi-conducteurs et des dissipateurs de chaleur peut également être faible, c'est-à-dire pour l'appareil de conversion de puissance qui serait essentiellement réalisé en une petite taille, le problème mentionné ci-dessus n'est pas encore résolu. De plus, dans la deuxième référence de l'art antérieur, l'agencement des bornes de signal des modules à semi-conducteurs devient sensiblement perpendiculaire au champ magnétique généré conformément au fonctionnement des modules à semi-conducteurs, ainsi on considère que le flux magnétique généré par les modules à semi-conducteurs est lié aux bornes de signal, provoquant de ce fait un dysfonctionnement dans le contrôle des modules à semi-conducteurs. Par conséquent, la mise en oeuvre de mesures contre le bruit est nécessaire, ce qui résulte en des problèmes tels qu'une augmentation du nombre de parties constitutives nécessaires, une augmentation du coût, etc.

Afin de réduire les dimensions de l'appareil de conversion de puissance, il est souhaitable que la taille et le poids de chacun des dissipateurs de chaleur, des modules à semi-conducteurs et de la carte de contrôle soient réduits.

Cependant, la miniaturisation du dispositif ne peut pas être réalisée uniquement par la réduction de la taille de celui-ci. En tant qu'exemple de limitations de celle-ci, il est nécessaire de garantir une distance d'isolement dans une partie où une haute tension est appliquée pour générer une différence de potentiel élevée. Afin que l'appareil de conversion de puissance fonctionne normalement, il est nécessaire d'éviter une fuite de courant et une rupture diélectrique, et des spécifications techniques à appliquer sont prescrites, par exemple, par la norme internationale CEI 60950 (équipement-sécurité de la technologie de l'information), les normes industrielles japonaises JIS C5014 (cartes de câblage imprimé multicouches), JIS D5305-3 (spécifications de sécurité des véhicules routiers électriques - partie 3 : protection des personnes contre les dangers électriques), etc. Sur la base de celles-ci, dans les cas où il existe une différence de potentiel entre les électrodes de motifs électriquement conducteurs et/ou des pièces électroniques qui sont exposées à l'extérieur sur la carte de contrôle, il est nécessaire de les agencer avec une distance prédéterminée entre elles, c'est-à-dire de réaliser une ligne de fuite prédéterminée ou un dégagement spatial prédéterminé.

Par exemple, la tension de blocage des modules à semi-conducteurs est sélectionnée en fonction de la tension de fonctionnement de l'appareil de conversion de puissance, et il existe les tensions de blocage de 1200 V, 1800 V, etc. Dans les cas où la distance d'isolement de la carte de contrôle est conçue sur la base de la valeur de tension de cette tension de blocage, la ligne de fuite à une différence de potentiel de 1200 V s'élève à environ 6 mm, et celle à une différence de potentiel de 1800 V s'élève également à environ 9 mm, comme montré sur la figure 29. En relation avec cela, dans l'appareil de conversion de puissance de la deuxième référence de l'art antérieur, même si les dissipateurs de chaleur et les modules à semi-conducteurs peuvent être formés en de faibles épaisseurs, comme montré sur la figure 7(b) qui sera décrite ultérieurement, les bornes de signal faisant saillie des modules à semi-conducteurs ont une différence de potentiel qui est fonction de la plage de tension de fonctionnement de l'appareil de conversion de puissance, ainsi les motifs électriquement conducteurs et les pièces électroniques doivent être agencés de manière à ce que les motifs électriques conducteurs sur la carte de contrôle, les électrodes des pièces électroniques, connectées électriquement aux bornes de signal et similaires puissent garantir une ligne de fuite correspondant à la différence de potentiel. Par conséquent, même dans les cas ou de minces dissipateurs de chaleur sont appliqués, le volume enveloppant l'appareil de conversion de puissance entier n'est pas réduit dans une mesure suffisante, et les bornes de signal faisant saillie des modules à semi-conducteurs doivent être pliées de manière à garantir une ligne de fuite sur la carte de contrôle, donnant ainsi lieu à des problèmes tels que l'ajout de traitements, l'augmentation des coûts, etc. En outre, dans la deuxième référence de l'art antérieur, la connexion fixe de la carte de contrôle avec les modules à semi-conducteurs et les dissipateurs de chaleur nécessite la fixation de ceux-ci au moyen d'un élément structurel fortement rigide, séparément de la connexion de ceux-ci par les bornes de signal de faible rigidité, et ainsi un élément structurel de maintien est prévu qui a une résistance capable de supprimer une vibration de la carte de contrôle, en conséquence de quoi il existe également des problèmes tels qu'une augmentation du poids du dispositif et une détérioration de la capacité d'assemblage.

RESUME DE L'INVENTION La présente invention est destinée à résoudre les problèmes tels que référencés ci-dessus et a pour objet de réaliser un appareil de conversion de puissance pour une utilisation dans un véhicule dont la taille et le poids sont réduits.

Un appareil de conversion de puissance pour une utilisation dans un véhicule selon la présente invention est pourvu : d'une pluralité de modules à semi-conducteurs dans lesquels des dispositifs à semi- conducteurs sont scellés dans une résine, et comportant chacun un corps de module, une borne d'entrée et une borne de sortie ; d'un dissipateur de chaleur avec une forme de parallélépipède rectangle qui comporte des plans principaux de refroidissement sur ses surfaces opposées, respectivement, pour refroidir ces modules à semi-conducteurs ; et d'une pluralité de cartes de contrôle qui sont connectées électriquement aux modules à semi-conducteurs pour contrôler la commande des modules à semi-conducteurs ; dans lequel chacun des modules à semi-conducteurs est agencé d'une manière telle que son corps de module comporte un plan principal en contact superficiel avec l'un des plans principaux de refroidissement du dissipateur de chaleur, et chacune des cartes de contrôle est en opposition avec une surface dudit corps de module d'un côté opposé dudit plan principal de celui-ci. Selon l'appareil de conversion de puissance pour une utilisation dans un véhicule de la présente invention, chacun desdits modules à semi-conducteurs est agencé de sorte que les plans principaux de son corps de module soient en contact superficiel avec lesdits plans principaux de refroidissement dudit dissipateur de chaleur, respectivement, et chacune desdites cartes de contrôle est agencée en opposition avec une surface dudit corps de module d'un côté opposé dudit plan principal de celui-ci. Avec un tel agencement, il est possible de réaliser l'appareil de conversion de puissance de petite taille et de faible poids. Avantageusement ledit dissipateur de chaleur a une épaisseur qui est inférieure à une largeur entre une première surface latérale dudit corps de module de laquelle ladite borne d'entrée fait saillie, et une deuxième surface latérale dudit corps de module opposée à ladite première surface latérale.

Avantageusement une forme globale de l'appareil de conversion de puissance est une forme de parallélépipède rectangle. Avantageusement ledit dissipateur de chaleur est composé d'une pluralité de structures métalliques 15 jointes les unes aux autres par brasage. Avantageusement ledit plan principal dudit corps de module a un degré de planéité identique à celui desdits plans principaux de refroidissement dudit dissipateur de chaleur. 20 Avantageusement un goujon pour fixer fermement lesdits modules à semi-conducteurs est formé verticalement dans chacun desdits plans principaux de refroidissement dudit dissipateur de chaleur. Avantageusement ledit dissipateur de chaleur 25 comporte un trou pour fixer fermement lesdits modules à semi-conducteurs. Avantageusement ladite borne d'entrée et ladite borne de sortie sont agencées au niveau d'une surface latérale dudit dissipateur de chaleur. 30 Avantageusement ladite borne d'entrée est agencée au niveau d'une surface latérale des surfaces latérales opposées dudit dissipateur de chaleur, et ladite borne de sortie est agencée au niveau de l'autre surface latérale dudit dissipateur de chaleur opposée à ladite une surface latérale de celui-ci.

Avantageusement ledit dissipateur de chaleur est fixé fermement à un module condensateur de filtrage qui lisse une tension d'entrée desdits modules à semi-conducteurs agencés au-dessus ou au-dessous desdits plans principaux de refroidissement dudit dissipateur de chaleur. Avantageusement des condensateurs de filtrage pour lisser une tension d'entrée desdits modules à semi-conducteurs sont agencés en parallèle dans une direction le long desdits plans principaux de refroidissement dudit dissipateur de chaleur. Avantageusement un bloc de bornes comportant une borne métallique moulée dans une résine est agencé au niveau d'une surface latérale dudit dissipateur de chaleur, et ce bloc de bornes est fixé fermement audit dissipateur de chaleur.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS Sur les dessins joints : la figure 1 est une vue explicative de construction montrant un appareil de conversion de puissance pour une utilisation dans un véhicule d'un premier mode de réalisation de la présente invention ; la figure 2 est une vue en élévation latérale de la figure 1 ; la figure 3 est une vue en plan de la figure 1 ; la figure 4(a) est une vue explicative montrant une relation d'agencement d'un dissipateur de chaleur et de modules à semi-conducteurs, la figure 4(b) est une vue en élévation latérale de la figure 4(a) ; la figure 5(a) est une vue explicative montrant une relation d'agencement d'un dissipateur de chaleur et de modules à semi-conducteurs correspondant à une première référence de l'art antérieur, la figure 5(b) est une vue en élévation latérale de la figure 5(a) ; la figure 6 est une vue explicative montrant une relation d'agencement d'un dissipateur de chaleur, de modules à semi-conducteurs et de cartes de contrôle de la figure 1 ; la figure 7(a) est une vue explicative montrant une relation d'agencement d'un dissipateur de chaleur et de modules à semi-conducteurs correspondant à une deuxième référence de l'art antérieur, la figure 7(b) est une vue explicative montrant une relation d'agencement du dissipateur de chaleur de type mince sur la figure 7(a) ; la figure 8(a) est une vue expliquant une jonction et une liaison entre le dissipateur de chaleur et les modules à semi-conducteurs de la figure 1, et la figure 8(b) est une vue en coupe transversale le long d'une ligne A-A sur la figure 8(a) ; la figure 9 est une vue explicative de construction montrant le dissipateur de chaleur de la figure 1 ; la figure 10 est une vue en coupe transversale 30 d'un dissipateur de chaleur qui est fabriqué par coulée, moulage par extrusion ; la figure 11 est une vue éclatée de la figure 10 ; la figure 12 est une vue en perspective montrant l'intérieur de l'appareil de conversion de puissance du deuxième mode de réalisation de la présente invention ; la figure 13(a) est une vue expliquant un accouplement entre le dissipateur de chaleur et les modules à semi-conducteurs de la figure 12, la figure 13(b) est une vue en coupe transversale le long d'une ligne A-A sur la figure 13(a) ; la figure 14(a) est une vue en coupe transversale montrant l'appareil de conversion de puissance de la figure 12, la figure 14(b) est une vue en coupe transversale le long d'une ligne A-A sur la figure 14(a) ; la figure 15 est une vue en perspective montrant le module condensateur de filtrage sur la figure 12 ; la figure 16 est une vue de connexion de circuit montrant le module à semi-conducteurs de l'appareil de conversion de puissance pour une utilisation dans un véhicule sur la figure 12 ; la figure 17 est une vue en perspective éclatée montrant les cartes de contrôle, les modules à semi-conducteurs et le bloc de bornes de l'appareil de conversion de puissance pour une utilisation dans un véhicule sur la figure 12 (dans le cas d'une commande de deux charges) ; la figure 18 est une vue de connexion de circuit dans l'appareil de conversion de puissance pour une utilisation dans un véhicule de la figure 12 (dans le cas d'une commande de deux charges, de plus, une unité de détection de température et une unité de détection de courant en circulation du module à semi-conducteurs sont omises) ; la figure 19 est une vue en perspective éclatée montrant les cartes de contrôle, les modules à semi- conducteurs et le bloc de bornes dans l'appareil de conversion de puissance pour une utilisation dans un véhicule d'un deuxième mode de réalisation de la présente invention dans le cas d'une commande d'une charge unique d'une grande charge unique ; la figure 20 est une vue de connexion de circuit dans l'appareil de conversion de puissance pour une utilisation dans un véhicule de la figure 19 (dans le cas d'une commande d'une charge unique d'une grande charge unique, de plus, une unité de détection de température et une unité de détection de courant en circulation du module à semi-conducteurs sont omises) ; la figure 21 est une vue en perspective montrant l'intérieur de l'appareil de conversion de puissance du troisième mode de réalisation de la présente invention ; la figure 22 est une vue en coupe transversale montrant l'appareil de conversion de puissance pour une utilisation dans un véhicule de la figure 21 ; la figure 23 est une vue en perspective éclatée montrant les cartes de contrôle, les modules à semi-conducteurs et le bloc de bornes dans l'appareil de conversion de puissance pour une utilisation dans un véhicule de la figure 21 (dans le cas d'une commande de deux charges) ; la figure 24 est une vue de connexion de circuit dans l'appareil de conversion de puissance pour une utilisation dans un véhicule de la figure 21 (dans le cas d'une commande de deux charges, de plus, une unité de détection de température et une unité de détection de courant en circulation du module à semi-conducteurs sont omises) ; la figure 25(a) est une vue lors de l'observation du bloc de bornes à partir du côté de bloc de bornes d'entrée sur la figure 21, la figure 25(b) est une vue plane du bloc de bornes sur la figure 25(a), la figure 25(c) est une vue lors d'une observation du bloc de bornes à partir du côté de bloc de bornes de sortie sur la figure 21 ; la figure 26(a) est une vue en coupe transversale le long d'une ligne A-A sur la figure 25(a), la figure 26(b) est une vue en coupe transversale le long d'une ligne B-B sur la figure 25(a), la figure 26(c) est une vue en coupe transversale le long d'une ligne C-C sur la figure 25(a) ; la figure 27 est une vue en perspective éclatée montrant les cartes de contrôle, les modules à semi-conducteurs et le bloc de bornes de l'appareil de conversion de puissance pour une utilisation dans un véhicule d'un troisième mode de réalisation de la présente invention (dans le cas d'une commande d'une charge unique d'une grande charge unique) ; la figure 28 est une vue de connexion de circuit dans l'appareil de conversion de puissance pour une utilisation dans un véhicule de la figure 27 (dans le cas d'une commande d'une charge unique d'une grande charge unique, de plus, une unité de détection de température et une unité de détection de courant en circulation du module à semi-conducteurs sont omises) ; la figure 29 est une vue montrant la relation nécessaire entre la ligne de fuite d'isolement et la différence de potentiel dans l'appareil de conversion de puissance pour une utilisation dans un véhicule.

DESCRIPTION DETAILLEE DES MODES DE REALISATION PREFERES Ci-après, des modes de réalisation respectifs de la présente invention seront décrits, mais les éléments et les parties constitutifs identiques ou correspondants des figures respectives seront expliqués en leur associant les mêmes numéros ou caractères de référence.

Premier mode de réalisation La figure 1 est une vue explicative de construction montrant un appareil de conversion de puissance pour une utilisation dans un véhicule d'un premier mode de réalisation de la présente invention, la figure 2 est une vue en élévation latérale de la figure 1 et la figure 3 est une vue en plan de la figure 1.

Cet appareil de conversion de puissance pour une utilisation dans un véhicule (appelé simplement ci-après appareil de conversion de puissance) est pourvu d'une pluralité de modules à semi-conducteurs 1, d'un dissipateur de chaleur 2 avec une forme de parallélépipède rectangle qui refroidit ces modules à semi-conducteurs 1 et de cartes de contrôle 3 qui contrôlent la commande des modules à semi-conducteurs 1. Chacun des modules à semi-conducteurs 1 est pourvu d'un corps de module la avec une forme de parallélépipède rectangle qui est moulé dans une résine, de bornes d'entrée 4a qui font saillie d'une surface latérale de ce corps de module la et qui sont connectées à une source de puissance, de bornes de sortie 4b qui font saillie de l'autre surface latérale du corps de module la agencée en opposition avec ladite surface latérale et qui sont connectées à une charge, et de bornes de signal qui font saillie de la surface latérale du corps de module la et qui sont connectées électriquement aux cartes de contrôle 3.

Chaque corps de module la comporte une paire d'unités de détection de température qui détectent chacune la température d'une puce semi-conductrice, une paire d'unités de détection de courant en circulation qui détectent chacune un courant qui circule, une paire d'IGBT sous la forme de dispositifs à semi-conducteurs pour commuter le courant et une paire de diodes de reflux qui sont connectées en anti-parallèle aux IGBT, respectivement, dans lequel les deux ensembles de ces éléments sont connectés en série l'un à l'autre et sont scellés dans une résine. Trois modules à semi-conducteurs 1 parmi les six modules à semi-conducteurs 1 sont agencés d'une manière telle que les plans principaux de leurs corps de module la (c'est-à-dire, les plans à partir desquels les bornes d'entrée 4a, les bornes de sortie 4b et les bornes de signal ne font pas saillie, et dont les aires de surface sont les plus grandes) d'un côté de ceux-ci sont en contact superficiel avec un plan principal de refroidissement du dissipateur de chaleur 2 (c'est-à-dire, un plan dont l'aire de surface est la plus grande) et sont agencés contigus les uns aux autres et en ligne. Les trois modules à semi-conducteurs 1 restants sont également agencés d'une manière telle que leurs plans principaux d'un côté de ceux-ci sont en contact superficiel avec l'autre plan principal de refroidissement du dissipateur de chaleur 2 et sont agencés contigus les uns aux autres et en ligne. De plus, les plans principaux de refroidissement du dissipateur de chaleur 2 ne sont pas soumis à une opération d'usinage et ont sensiblement le même degré de planéité que les plans principaux des corps de module la du module à semi-conducteurs 1. La paire de cartes de contrôle 3 mentionnées ci-dessus sont agencées au niveau des côtés de plan principaux des corps de module la des côtés opposés du dissipateur de chaleur 2, respectivement. Le dissipateur de chaleur 2 mentionné ci-dessus est d'un type mince ayant une épaisseur T inférieure à la largeur W de chaque corps de module la (une distance entre une surface latérale de laquelle les bornes d'entrée 4a font saillie et une surface latérale de laquelle les bornes de sortie 4b font saillie). De plus, le dissipateur de chaleur 2 comporte une paire d'orifices de fluide de refroidissement 50 pour l'entrée et la sortie d'un milieu de refroidissement formés sur ses surfaces latérales opposées, respectivement, qui sont verticales par rapport aux plans principaux de refroidissement de celui-ci. Par ailleurs, comme on peut le voir à partir de la figure 3, le dissipateur de chaleur 2 comporte, à ses quatre coins, des parties de connexion de logement 51 qui font saillie à l'extérieur du dissipateur de chaleur 2. Les modules à semi-conducteurs 1, le dissipateur de chaleur 2 et les cartes de contrôle 3, qui sont tous reçus dans un logement 5, sont fixés fermement au logement 5 par l'intermédiaire de ces parties de connexion de logement 51. Selon l'appareil de conversion de puissance de ce mode de réalisation, comme montré sur les figures 4(a) et 4(b), les modules à semi-conducteurs 1 sont agencés dans les plans principaux de refroidissement opposés du dissipateur de chaleur 2. Par conséquent, comparé à l'appareil de conversion de puissance expliqué précédemment de la première référence de l'art antérieur, comme montré sur les figures 5(a) et 5(b), l'aire au sol occupée par les modules à semi-conducteurs 1 peut être réduite de moitié, ce qui permet ainsi la miniaturisation de l'appareil de conversion de puissance. De plus, comme montré sur la figure 6, les cartes de contrôle 3 comportant des parties constitutives de circuit de contrôle 7 sont agencées sur les côtés opposés aux plans principaux des modules à semi-conducteurs 1 avec lesquels le dissipateur de chaleur 2 est en contact.

Dans l'appareil de conversion de puissance précédemment expliqué de la deuxième référence de l'art antérieur, comme montré sur les figures 7(a) et 7(b), une ligne de fuite L et une aire de montage de circuit sur la carte de contrôle 3 sont affectées par l'épaisseur T du dissipateur de chaleur 2. Par exemple, dans les cas où le dissipateur de chaleur 2 d'un type très mince est adopté, dans lequel l'épaisseur T du dissipateur de chaleur 2 est suffisamment inférieure à la largeur W de chacun des corps de module la des modules à semi-conducteurs 1, il est difficile de garantir une ligne de fuite L suffisante entre les parties constitutives de circuit de contrôle 7 et l'aire de montage de circuit suffisante sur la carte de contrôle 3. D'autre part, dans l'appareil de conversion de puissance de ce mode de réalisation, l'épaisseur du dissipateur de chaleur 2 peut être réduite, sans qu'il soit affecté par l'influence de la tension de fonctionnement et la taille de circuit de l'appareil de conversion de puissance des cartes de contrôle 3, et ainsi, en combinaison avec la réduction de moitié de l'aire au sol occupée par les modules à semi-conducteurs 1, il est possible de réaliser une miniaturisation significative de l'appareil de conversion de puissance.

De plus, dans l'appareil de conversion de puissance de la deuxième référence de l'art antérieur, comme montré sur la figure 7(b), la forme globale des parties constitutives principales comprenant les cartes de contrôle 3 est une forme partiellement saillante.

Par opposition à cela, dans l'appareil de conversion de puissance de ce mode de réalisation, les corps de module la, le dissipateur de chaleur 2 et les corps de carte 3a des cartes de contrôle 3 ont chacun une forme de parallélépipède rectangle. Par conséquent, une partie constitutive principale 6 de l'appareil de conversion de puissance, qui est composée des corps de module la, du dissipateur de chaleur 2 et des corps de carte 3a, a une configuration globale avec une forme de parallélépipède rectangle, ainsi la possibilité d'installer l'appareil de conversion de puissance comprenant le logement 5 sur un véhicule est améliorée, et en plus de cela, l'appareil de conversion de puissance peut être fixé fermement au logement 5 facilement et de manière robuste, permettant ainsi d'améliorer la protection contre les vibrations de l'appareil de conversion de puissance. En outre, les cartes de contrôle 3 sont agencées au-dessus des modules à semi-conducteurs 1 et les bornes de signal font saillie dans une direction perpendiculaire à la direction d'extension des bornes d'entrée 4a et des bornes de sortie 4b faisant saillie des corps de module la. Par conséquent, les bornes de signal peuvent être raccourcies et, en même temps, la majeure partie des bornes de signal peut être agencée dans une direction sensiblement horizontale par rapport au champ magnétique généré en fonction du fonctionnement des modules à semi-conducteurs 1. Par conséquent, le flux magnétique généré par les modules à semi-conducteurs 1 lié aux bornes de signal peut être réduit et le nombre de parties nécessaires pour une mesure contre le bruit peut être réduit, permettant ainsi une miniaturisation et une réduction du coût de l'appareil de conversion de puissance. De plus, les plans principaux de refroidissement du dissipateur de chaleur 2 sont en contact avec les surfaces inférieures, c'est-à-dire, les plans principaux des corps de module la des modules à semi-conducteurs 1, respectivement, avec le degré de planéité comparable à celui des surfaces inférieures, sans devoir soumettre les plans principaux de refroidissement du dissipateur de chaleur 2 à une opération d'usinage, ainsi la résistance thermique de contact sur les surfaces de contact peut être réduite, permettant de ce fait d'améliorer la dissipation thermique des modules à semi-conducteurs 1.

Cela a pour effet d'entraîner une miniaturisation et une réduction du coût du dissipateur de chaleur 2 ou des modules à semi-conducteurs 1, et rend l'appareil de conversion de puissance entièrement de petite taille et de faible coût par extension.

Ensuite, il va être fait référence de manière détaillée à la structure du dissipateur de chaleur 2 mentionné ci-dessus sur la base des figures 8(a) et 8 (b) . La figure 8(a) est une vue expliquant la jonction ou la liaison entre le dissipateur de chaleur 2 et les modules à semi-conducteurs 1 de la figure 1, et la figure 8(b) est une vue en coupe transversale le long d'une ligne A-A sur la figure 8(a). Ce dissipateur de chaleur 2 est pourvu d'une paire de plaques supérieures 8 qui constituent un corps de dissipateur de chaleur et qui ont des parties de bord formées en opposition les unes aux autres et jointes ou liées les unes aux autres par brasage, d'une ailette de refroidissement 9 qui est agencée à l'intérieur des plaques supérieures 8 réalisée en métal pour augmenter une aire de contact avec le milieu de refroidissement, et les orifices de fluide de refroidissement 50 deviennent une entrée et une sortie pour le milieu de refroidissement. Ici, notez que les plaques supérieures 8 et l'ailette de refroidissement 9, qui sont brasées les unes aux autres, sont respectivement des corps de structure métalliques. De plus, trois goujons 10 sont joints par brasage aux plans principaux de refroidissement opposés des plaques supérieures 8, respectivement, qui sont en contact superficiel avec les plans principaux des corps de module la des modules à semi-conducteurs 1. Chacun de ces goujons 10 a une partie d'extrémité terminale qui passe à travers un trou 11 qui est formé à travers un corps de module la correspondant, et un écrou 12 est assemblé par vissage sur un goujon 10 correspondant de sorte que chaque module à semi-conducteurs 1 est fixé fermement au dissipateur de chaleur 2. Les figures 10 et 11 sont des vues en coupe d'un dissipateur de chaleur 2A qui est fabriqué par coulée, 25 moulage par extrusion ou similaire. Dans le dissipateur de chaleur 2A fabriqué par l'une quelconque de ces techniques, afin de former des ailettes 9A avec de grandes aires de dissipation thermique qui ont d'excellentes capacités de 30 refroidissement, il est nécessaire d'augmenter l'épaisseur non seulement des ailettes 9A, mais également des plaques supérieures 8A du fait de diverses limitations telles qu'un écoulement de métal fondu à l'instant de coulée, la résistance d'un moule utilisé pour l'extrusion, etc.

De plus, il est nécessaire d'augmenter la longueur des ailettes 9A de manière à garantir une aire de contact suffisante entre les ailettes 9A et le milieu de refroidissement. De plus, lors de la coulée ou du moulage par extrusion, afin d'agencer les modules à semi-conducteurs 1 sur des côtés opposés du dissipateur de chaleur 2A, il a été nécessaire de mouler deux parties constitutives ou plus et de les assembler par l'intermédiaire d'un élément ou d'une unité d'étanchéité 15 qui permet d'éviter la fuite du milieu de refroidissement. Par opposition à cela, selon le dissipateur de chaleur 2 de ce mode de réalisation, comme montré sur la figure 9, le dissipateur de chaleur 2 d'un type mince avec un passage d'écoulement creux peut être facilement fabriqué, permettant ainsi de miniaturiser l'appareil de conversion de puissance. En outre, sur les figures 10 et 11, les modules à semi-conducteurs 1 et le dissipateur de chaleur 2A sont fixés fermement les uns aux autres en mettant en prise par vissage les boulons 14, qui traversent les trous 11 dans les modules à semi-conducteurs 1, avec les filets internes 13 formés dans les plaques supérieures 8A. Par conséquent, afin de former les filets internes 13 d'une longueur prédéterminée de manière à obtenir une résistance de fixation nécessaire, il est nécessaire de réaliser les plaques supérieures 8A de sorte qu'elles soient épaisses et, de ce point de vue, également, la réduction de l'épaisseur du dissipateur de chaleur 2A a été difficile à effectuer. D'autre part, selon le dissipateur de chaleur 2 de ce mode de réalisation, comme montré sur la figure 9, les goujons 10 sont formés verticalement sur les côtés opposés des plaques supérieures 8, et les modules à semi-conducteurs 1 peuvent être pressés sur le dissipateur de chaleur 2 et fixés à celui-ci en montant par vissage les écrous 12 sur les parties d'extrémité terminales des goujons 10, respectivement. C'est-à-dire qu'il n'est pas nécessaire de produire les filets internes 13 avec une résistance élevée pour fixer fermement les modules à semi-conducteurs 1 au dissipateur de chaleur 2A, et ainsi le dissipateur de chaleur 2 peut être réalisé en une forme de faible épaisseur ou mince, moyennant quoi l'appareil de conversion de puissance peut être miniaturisé.

De plus, la liaison par brasage des goujons 10 aux plaques supérieures 8 peut être effectuée avec la liaison par brasage des bords de la paire des plaques supérieures 8. Au cours du processus de fabrication du dissipateur de chaleur 2, un processus supplémentaire pour l'ajout des goujons 10 devient inutile, ainsi le dissipateur de chaleur 2 d'un type mince peut être facilement fabriqué. Ici, notez que chacune des figures 1, 2 et 6 est une vue explicative, et en réalité les modules à semi- conducteurs 1 et les cartes de contrôle 3 sont séparés les uns des autres.

Deuxième mode de réalisation Ensuite, il va être fait référence à un appareil de conversion de puissance d'un deuxième mode de réalisation de la présente invention, mais dans la description qui suit, une attention particulière est portée à une construction différente de celle de l'appareil de conversion de puissance du premier mode de réalisation.

La figure 12 est une vue en perspective montrant l'intérieur de l'appareil de conversion de puissance du deuxième mode de réalisation de la présente invention. La figure 13(a) est une vue expliquant un accouplement entre un dissipateur de chaleur 2B et les modules à semi-conducteurs 1 de la figure 12, et la figure 13(b) est une vue en coupe transversale le long d'une ligne A-A sur la figure 13(a). La figure 14(a) est une vue en coupe transversale montrant l'appareil de conversion de puissance de la figure 12, et la figure 14(b) est une vue en coupe transversale le long d'une ligne A-A sur la figure 14(a). Dans l'appareil de conversion de puissance de ce mode de réalisation, chacun des modules à semi-conducteurs 1 comporte un trou 11 formé à travers celui-ci sensiblement au centre de celui-ci. Une pluralité de trous 18 sont formés à travers le dissipateur de chaleur 2B à des emplacements faisant face aux trous 11 dans les modules à semi-conducteurs 1.

Une paire de modules à semi-conducteurs 1 et le dissipateur de chaleur 2B sont fixés fermement les uns aux autres, les plans principaux de refroidissement opposés du dissipateur de chaleur 2B étant en contact superficiel avec les plans principaux des modules à semi-conducteurs 1, respectivement, par le montage par vissage d'un écrou 12 sur une partie d'extrémité terminale d'un boulon 14 qui traverse les trous 11, 18. En tant que dissipateur de chaleur 2 du premier mode de réalisation, qui est accouplé ou fixé fermement aux modules à semi-conducteurs 1 par l'utilisation des goujons 10, il est possible d'utiliser un dissipateur de chaleur qui est plus mince que celui dans l'appareil de conversion de puissance classique. Cependant, la résistance des goujons 10 est diminuée du fait du chauffage à chaud de ceux-ci à l'instant auquel les goujons 10 sont joints par brasage aux plaques supérieures 8, ainsi dans les cas où il est nécessaire de presser et de fixer fortement les modules à semi-conducteurs 1 contre le dissipateur de chaleur 2, il est difficile de garantir un degré nécessaire de résistance, en conséquence de quoi la pluralité de goujons 10 doivent être utilisés, et ainsi un grand espace de liaison est par conséquent nécessaire, compliquant ainsi la miniaturisation de l'appareil de conversion de puissance.

Par opposition à cela, dans l'appareil de conversion de puissance de la deuxième référence de l'art antérieur, chaque paire de modules à semi-conducteurs 1 et le dissipateur de chaleur 2B sont fixés fermement les uns aux autres par le montage par vissage d'un écrou 12 sur une partie d'extrémité terminale d'un boulon 14 qui traverse les trous 11, 18.

Par conséquent, la réduction de la résistance des goujons 10 du fait du chauffage à chaud à l'instant d'un brasage comme dans le premier mode de réalisation ne se produit pas, ainsi il est possible de fixer les modules à semi-conducteurs 1 au dissipateur de chaleur 2B dans un espace requis pour une liaison par l'utilisation d'un nombre minimum de boulons, c'est-à-dire, 14 boulons. Pour cette raison, dans les cas où il est nécessaire de presser et de fixer les modules à semi-conducteurs 1 contre le dissipateur de chaleur 2B d'une manière ferme ou robuste, un grand espace de liaison n'est pas nécessaire, permettant ainsi de miniaturiser l'appareil de conversion de puissance.

De plus, dans l'appareil de conversion de puissance du deuxième mode de réalisation de la présente invention, un module condensateur de filtrage 17 est reçu dans un logement 5 (seule une surface inférieure de celui-ci étant montrée sur la figure 12), le module condensateur de filtrage 17 étant connecté aux bornes d'entrée 4a des modules à semi-conducteurs 1 pour lisser la tension d'entrée des modules à semi-conducteurs 1. En tant que condensateur de filtrage, un condensateur film est par exemple appliqué.

Ce module condensateur de filtrage 17 est pourvu d'une pluralité de dispositifs condensateur film 30, et d'une borne de faible inductance 34 qui connecte la pluralité de dispositifs condensateur film 30 et un bloc de bornes 16 les uns aux autres, le bloc de bornes 16 servant à fixer les bornes d'entrée 4a des modules à semi-conducteurs 1, comme montré sur la figure 15.

La borne de faible inductance 34 est construite de sorte qu'une plaque d'électrode positive 31 et une plaque d'électrode négative 32 sont agencées adjacentes l'une à l'autre par l'intermédiaire d'un matériau isolant 33 entre elles. De plus, le module condensateur de filtrage 17 est pourvu d'un boîtier en forme de boîte 36 qui comporte une partie d'ouverture 35 formée d'un côté de la borne de faible inductance 34, une pluralité de pattes de montage 37 qui sont formées d'un seul tenant avec le boîtier 36 pour relier le boîtier 36 et le logement 5 l'un à l'autre, et une pluralité de parties de fixation de dissipateur de chaleur 38 qui sont formées d'un seul tenant avec le boîtier 36 pour relier le boîtier 36 et le dissipateur de chaleur 2B l'un à l'autre, dans lequel les dispositifs de condensateur film 30, qui sont agencés dans le boîtier 36, et les bornes sont scellés ou encapsulés dans une résine de sorte qu'ils soient unis au boîtier 36.

Ce module condensateur de filtrage 17 est fixé fermement au logement 5, au niveau de quatre pattes de montage 37 au moyen d'éléments de fixation. De plus, le module condensateur de filtrage 17 est attaché fermement au dissipateur de chaleur 2B au niveau de huit parties de fixation de dissipateur de chaleur 38 au moyen d'éléments de fixation et est agencé à proximité étroite d'une surface inférieure d'une carte côté inférieur d'une paire de cartes de contrôle 3.

Dans le dissipateur de chaleur 2B du premier mode de réalisation mentionné ci-dessus, les modules à semi- conducteurs 1 sont montés sur les plans principaux de refroidissement opposés du dissipateur de chaleur 2, respectivement, et ainsi, l'appareil de conversion de puissance peut être miniaturisé en rendant le dissipateur de chaleur 2B fin ou mince. Cependant, dans les cas où le dissipateur de chaleur 2B est en outre réalisé en une forme beaucoup plus mince de manière à réduire la taille de l'appareil de conversion de puissance, l'épaisseur T du dissipateur de chaleur 2B est plus petite que la longueur L2 du dissipateur de chaleur 2B (la distance entre les surfaces latérales opposées de celui-ci desquelles les bornes d'entrée 4a et les bornes de sortie 4b ne font pas saillie), et ainsi la rigidité dans la direction de longueur du dissipateur de chaleur 2B est faible, en conséquence de quoi il y a une possibilité que le dissipateur de chaleur 2B puisse être modifié du fait d'une force externe telle que la vibration appliquée à l'instant de l'utilisation réelle de l'appareil de conversion de puissance. Cependant, selon l'appareil de conversion de puissance de ce deuxième mode de réalisation, le dissipateur de chaleur 2B est joint ou fixé par l'intermédiaire de la pluralité de parties de fixation de dissipateur de chaleur 38 au module condensateur de filtrage 17, qui a une plus grande rigidité que le dissipateur de chaleur 2B et dans lequel les dispositifs condensateur film 30 sont scellés dans la résine dans le boîtier en forme de boîte 36 qui a une section transversale supérieure à celle du dissipateur de chaleur 2B. Par conséquent, une déformation du dissipateur de chaleur 2B est évitée, améliorant ainsi la protection contre les vibrations de celui-ci. Ici, notez que la présente invention peut être appliquée également au dissipateur de chaleur 2B qui est agencé au-dessous du module condensateur de filtrage 17. De plus, les modules à semi-conducteurs 1, le dissipateur de chaleur 2B et les cartes de contrôle 3, qui sont d'un seul tenant les uns avec les autres, sont fixés fermement par l'intermédiaire du module condensateur de filtrage 17 au logement 5 au moyen des pattes de montage 37, et ainsi, lors d'un assemblage de l'appareil de conversion de puissance, il est possible d'assembler l'appareil de conversion de puissance en utilisant le module condensateur de filtrage 17 en tant que base. En conséquence, même avec des spécifications dans lesquelles la forme du logement 5 devient compliquée du fait de la limitation des emplacements de montage du logement 5, cela n'a aucun effet sur le procédé d'assemblage de l'appareil de conversion de puissance et des parties constitutives principales de l'appareil de conversion de puissance, et il devient possible d'apporter des améliorations à la capacité d'adaptation de l'appareil de conversion de puissance, d'obtenir une réduction du coût du fait de l'utilisation détournée des parties constitutives et des installations d'assemblage, et de raccourcir le cycle de développement.

De plus, de même que les modules à semi- conducteurs 1 du premier mode de réalisation, les modules à semi-conducteurs 1 de ce deuxième mode de réalisation sont constitués d'une paire des premier et deuxième groupes d'éléments constitutifs suivants, qui sont reliés en série les uns aux autres et scellés dans une résine, comme montré sur la figure 16. Chacun des premier et deuxième groupes comprend une unité de détection de température 21 qui détecte la température d'une puce semi-conductrice, une unité de détection de courant en circulation 22 qui détecte un courant qui circule, un IGBT 19 qui est un dispositif à semi-conducteurs de puissance pour commuter un courant, et une diode de roue libre (FWDi) 20 qui est connectée en anti-parallèle à l'IGBT 19. De plus, un trou 11 est formé sensiblement au centre de chacun des modules à semi-conducteurs 1, lequel est utilisé pour la fixation du module au dissipateur de chaleur 2B. Cependant, à la différence des modules à semi-conducteurs 1 du premier mode de réalisation, les bornes d'entrée 4a et les bornes de sortie 4b sont agencées sur la même surface latérale de chaque corps de module la, respectivement, et les bornes de signal 4c sont agencées sur une surface latérale de chaque corps de module la opposée à la surface latérale sur laquelle les bornes d'entrée 4a et les bornes de sortie 4b sont agencées. Selon les modules à semi-conducteurs 1 de ce deuxième mode de réalisation, comme dans le premier mode de réalisation, un onduleur triphasé est composé de trois modules à semi-conducteurs 1 agencés d'un côté du dissipateur de chaleur 2B, et ainsi, deux onduleurs triphasés pour commander deux charges sont construits sur les côtés opposés du dissipateur de chaleur 2B. La figure 17 est une vue en perspective éclatée montrant les cartes de contrôle 3, les modules à semi- conducteurs 1 et le bloc de bornes 16 dans l'appareil de conversion de puissance pour une utilisation dans un véhicule de la figure 12, et la figure 18 est une vue de connexion de circuit dans l'appareil de conversion de puissance pour une utilisation dans un véhicule de la figure 12. Dans cet appareil de conversion de puissance, une première charge 23a et une deuxième charge 23b sont connectées électriquement l'une à l'autre par l'intermédiaire d'une source de puissance 24, du module condensateur de filtrage 17 et des modules à semi-conducteurs 1, de sorte que la commande de la première charge 23a et de la deuxième charge 23b est effectuée au moyen de six modules à semi-conducteurs 1. De plus, les bornes d'entrée 4a et les bornes de sortie 4b sont agencées sur une surface de l'appareil de conversion de puissance, ainsi un bloc de bornes 16 capable de gérer un grand courant, qui est utilisé pour une connexion entre les bornes d'entrée 4a et les bornes du module condensateur de filtrage 17, et entre les bornes de sortie 4b et une première borne de connexion de charge 56 et une deuxième borne de connexion de charge 57, doit seulement être utilisé pour les deux onduleurs triphasés ensemble. Par conséquent, comparé aux modules à semi-conducteurs 1 du premier mode de réalisation dans lesquels les bornes d'entrée 4a et les bornes de sortie 4b sont agencées dans des directions mutuellement différentes, respectivement, une réduction du nombre de parties constitutives peut être obtenue. Ici, notez que le numéro de référence 55 désigne des bornes de connexion pour connecter le module condensateur de filtrage 17 au bloc de bornes 16. De plus, les parties dans lesquelles les cartes de contrôle 3 et les bornes de signal 4c des modules à semi-conducteurs 1 sont connectées les unes aux autres par soudage sont concentrées ou regroupées à un emplacement A d'un côté des cartes de contrôle 3, comme montré sur la figure 17, en conséquence de quoi il devient possible d'obtenir une miniaturisation des cartes de contrôle 3 et ainsi la miniaturisation de l'appareil de conversion de puissance du fait de la réduction de l'aire dans laquelle les parties constitutives ne peuvent pas être montées du fait de limitations des améliorations de la productivité de l'assemblage ou de l'opération de soudage.

Ici, notez qu'en modifiant la construction des bornes à l'intérieur du bloc de bornes 16 pour réarranger les connexions entre les modules à semi-conducteurs 1 et une source de puissance 24 et une charge 23c, comme montré sur la figure 19 et la figure 20, pour amener de ce fait les modules à semi-conducteurs 1 à une parallélisation (voir le caractère de référence B sur la figure 20), il est également possible de changer l'appareil de conversion de puissance en un appareil de grande charge unique qui commande la charge unique 23c d'une grande charge unique connectée par l'intermédiaire des bornes de sortie 4b et d'une borne de connexion de charge 58. Selon les modules à semi-conducteurs 1 de ce mode de réalisation, toutes les bornes d'entrée 4a et les bornes de sortie 4b des modules à semi-conducteurs 1 sont regroupées et connectées audit bloc de bornes 16. Avec cet agencement, l'ajout de nouvelles parties constitutives et la réduction de celles existantes ainsi que la modification des processus d'assemblage associés à une modification de la spécification de l'appareil de conversion de puissance, l'ajout d'un nouveau modèle, etc., peuvent être réduits, et il devient possible d'apporter des améliorations quant à la polyvalence de l'appareil de conversion de puissance, la réduction du coût du fait du caractère commun des parties constitutives, et le raccourcissement du cycle de développement.

Troisième mode de réalisation Ensuite, il va être fait référence à un appareil de conversion de puissance d'un troisième mode de réalisation de la présente invention. Dans la description qui suit, une attention particulière est portée à une construction différente de celle de l'appareil de conversion de puissance du deuxième mode de réalisation. La figure 21 est une vue en perspective montrant l'intérieur de l'appareil de conversion de puissance du troisième mode de réalisation de la présente invention, et la figure 22 est une vue en coupe transversale montrant l'appareil de conversion de puissance pour une utilisation dans un véhicule de la figure 21. Dans l'appareil de conversion de puissance de ce troisième mode de réalisation, un trou 11 est formé à travers chacun des modules à semi-conducteurs 1 sensiblement au centre de celui-ci. Un trou 18 est formé à travers un dissipateur de chaleur 2B dans sa partie faisant face au trou 11. Une paire de trois ensembles de modules à semi-conducteurs 1 sont agencés sur les côtés opposés du dissipateur de chaleur 2B, respectivement. Une poutre de renfort 25a d'une section transversale en forme de canal s'étendant dans une direction de longueur du dissipateur de chaleur 2B est montée par l'intermédiaire d'un ressort serre-tôle 26 sur les modules à semi-conducteurs 1 d'un côté de surface supérieure du dissipateur de chaleur 2B. Une poutre de renfort 25b s'étendant dans une direction de longueur du dissipateur de chaleur 2B est montée par l'intermédiaire d'un ressort serre-tôle 26 sur les modules à semi-conducteurs 1 d'un côté de surface inférieure du dissipateur de chaleur 2B. Une paire de modules à semi-conducteurs 1 et le dissipateur de chaleur 2B sont fixés fermement les uns aux autres, les plans principaux de refroidissement opposés du dissipateur de chaleur 2B étant en contact superficiel avec les plans principaux des modules à semi-conducteurs 1, respectivement, par montage par vissage de la partie d'extrémité terminale de chaque boulon 14, qui passe à travers un trou dans la poutre de renfort supérieure 25a, un trou dans le ressort serre-tôle supérieur 26, un trou 11 dans un module à semi-conducteurs supérieur 1, un trou 18 dans le dissipateur de chaleur 2B, un trou 11 dans un module à semi-conducteurs inférieur 1 et un trou dans le ressort serre-tôle inférieur 26, dans la poutre de renfort inférieure 25b. Dans l'appareil de conversion de puissance de ce mode de réalisation, une force axiale ou une tension de chaque boulon 14 est répartie par l'intermédiaire des poutres de renfort 25a, 25b dans la direction de longueur du dissipateur de chaleur 2B au moyen des ressorts serre-tôle 26, la poutre de renfort 25a ayant une structure de trou et la poutre de renfort 25b ayant une structure de filet interne, et elle est en outre répartie dans la direction de la largeur W des modules à semi-conducteurs 1 au moyen des ressorts serre-tôle 26, moyennant quoi les modules à semi-conducteurs 1 sont pressés contre le dissipateur de chaleur 2B plus fermement et plus fortement. De plus, par l'utilisation de la structure de filet interne formée dans la poutre de renfort 25b au lieu des écrous 12 du deuxième mode de réalisation, l'unification des écrous 12 et la réduction du nombre de parties constitutives sont obtenues. De plus, dans les modules à semi-conducteurs 1 de ce troisième mode de réalisation, les bornes d'entrée 4a et les bornes de signal 4c sont agencées sur une surface latérale de la paire de surfaces latérales de chaque module à semi-conducteurs 1 sensiblement verticalement à une surface de plan principal de celui- ci qui est en contact avec un plan principal de refroidissement correspondant du dissipateur de chaleur 2B, et les bornes de sortie 4b et les bornes de signal 4c sont agencées sur l'autre surface latérale de chaque module à semi-conducteurs 1 opposée à ladite surface latérale.

De plus, le module condensateur de filtrage 17, qui est agencé d'un côté du dissipateur de chaleur 2B, a ses bornes directement connectées aux bornes d'entrée 4a des modules à semi-conducteurs 1. Selon l'appareil de conversion de puissance de ce troisième mode de réalisation, les bornes d'entrée 4a et les bornes de sortie 4b sont agencées séparément sur les côtés opposés des modules à semi-conducteurs 1, ainsi l'agencement et la forme des bornes d'entrée 4a peuvent être déterminés sans être affectés par l'influence de l'agencement des bornes de sortie 4b. En outre, le module condensateur de filtrage 17 est agencé à proximité étroite des modules à semi-conducteurs 1, et les bornes d'entrée 4a des modules à semi-conducteurs 1 et la borne du module condensateur de filtrage 17 sont directement connectées les unes aux autres. Avec un tel agencement, il devient possible de raccourcir les distances entre les bornes d'entrée 4a et le module condensateur de filtrage 17 dans une mesure importante, comparé au cas dans lequel le module condensateur de filtrage 17 est agencé loin des modules à semi-conducteurs 1 comme dans le deuxième mode de réalisation. De plus, en raccourcissant les distances entre les bornes d'entrée 4a des modules à semi-conducteurs 1 et les bornes du module condensateur de filtrage 17, une inductance du câblage peut être diminuée, moyennant quoi il est également possible de diminuer les surtensions de commutation générées à l'instant d'une commutation des dispositifs à semi-conducteurs de puissance tels que les IGBT 19 dans les modules à semi- conducteurs 1. De plus, dans les cas où la tension de blocage des modules à semi-conducteurs 1 est suffisamment grande et que des surtensions de commutation peuvent être autorisées ou tolérées, il devient possible d'obtenir la réduction de la perte de commutation générée dans les dispositifs à semi-conducteurs de puissance, en augmentant la vitesse de commutation des dispositifs à semi-conducteurs de puissance, en conséquence de quoi il devient possible d'obtenir la miniaturisation du dissipateur de chaleur 2B ou la miniaturisation et la réduction de coût des modules à semi-conducteurs 1, et ainsi, il devient également possible d'obtenir la miniaturisation de l'appareil de conversion de puissance dans son ensemble.

De plus, dans l'appareil de conversion de puissance de ce troisième mode de réalisation, comme montré sur la figure 25 et la figure 26, une paire de blocs de bornes d'entrée 16b adaptés pour être connectés aux bornes d'entrée 4a sont agencés sur une partie de bord du dissipateur de chaleur 2B sur les côtés opposés de celui-ci du côté du module condensateur de filtrage 17, de manière à ce qu'ils s'étendent dans la direction de longueur du dissipateur de chaleur 2B.

Une paire de blocs de bornes de sortie 16c adaptés pour être connectés aux bornes de sortie 4b sont agencés sur une partie de bord du dissipateur de chaleur 2B sur les côtés opposés de celui-ci d'un côté à distance du module condensateur de filtrage 17, de manière à ce qu'ils s'étendent dans la direction de longueur du dissipateur de chaleur 2B. Les blocs de bornes d'entrée 16b et les blocs de bornes de sortie 16c comportent chacun des bornes métalliques 27 réalisées dans ceux-ci, dont une partie de la section transversale est réalisée en une forme sensiblement en L. Chacune de ces bornes métalliques 27 est pliée de sorte qu'une partie latérale soit agencée sensiblement parallèlement aux plans principaux de refroidissement du dissipateur de chaleur 2B et que l'autre partie latérale soit agencée sensiblement verticalement aux plans principaux de refroidissement du dissipateur de chaleur 2B. Ici, notez que sur les figures 25 et 26, un numéro de référence 60 désigne des parties de connexion de bornes d'entrée, et un numéro de référence 61 désigne des parties de connexion de bornes de sortie. Dans l'appareil de conversion de puissance du deuxième mode de réalisation, le dissipateur de chaleur 2B, qui a une forme mince et qui présente un risque de diminution de la rigidité, est supporté par le module condensateur de filtrage 17 de grande rigidité, mais par contre, dans l'appareil de conversion de puissance de ce troisième mode de réalisation, le module condensateur de filtrage 17 est agencé d'un côté du dissipateur de chaleur 2B, ainsi le renforcement du dissipateur de chaleur 2B par le module condensateur de filtrage 17 ne peut pas être obtenu.

Par opposition à cela, dans l'appareil de conversion de puissance de ce troisième mode de réalisation, la rigidité dans la direction de longueur du dissipateur de chaleur 2B est améliorée en agençant les blocs de bornes 16b, 16c avec les bornes métalliques 27 de section transversale sensiblement en forme de L réalisées dans ceux-ci, sur les surfaces latérales droite et gauche opposées ainsi que sur les surfaces latérale avant et arrière opposées du mince dissipateur de chaleur 2B le long de la direction de longueur de celui-ci. Avec un tel agencement, la déformation du mince dissipateur de chaleur 2B peut être évitée, permettant de ce fait d'améliorer la protection contre les vibrations de celui-ci. De plus, certaines parties des bornes métalliques 27 à l'intérieur des blocs de bornes 16b, 16c sont à proximité du dissipateur de chaleur 2B, ainsi un refroidissement de la borne métallique 27 peut également être effectué.

Par conséquent, il est possible d'éviter l'élévation de température des bornes métalliques 27 du fait du passage d'un courant électrique, et ainsi, il devient également possible d'obtenir une miniaturisation et une réduction de coût de l'appareil de conversion de puissance en raison de la réduction de la taille des sections des bornes métalliques 27. De plus, comme pour l'appareil de conversion de puissance du deuxième mode de réalisation, l'appareil de conversion de puissance de ce troisième mode de réalisation comporte six modules à semi-conducteurs 1 montés sur celui-ci, et comme montré sur la figure 23 et la figure 24, dans cet appareil de conversion de puissance, la commande de la première charge 23a et de la deuxième charge 23b est effectuée au moyen de six modules à semi-conducteurs 1.

Ici, notez qu'en modifiant la construction des bornes à l'intérieur des blocs de bornes d'entrée 16b et des blocs de bornes de sortie 16c pour réarranger les connexions entre les modules à semi-conducteurs 1 et la source de puissance 24 et la charge 23c, comme montré sur la figure 27 et la figure 28, pour amener de ce fait les modules à semi-conducteurs 1 en parallélisation, il est également possible de changer l'appareil de conversion de puissance en un appareil de grande charge unique qui commande la charge unique 23c d'une grande charge unique connectée par l'intermédiaire des bornes de sortie 4b et de la borne de connexion de charge 58. Dans les modules à semi-conducteurs 1 de ce troisième mode de réalisation, les bornes d'entrée 4a et les bornes de sortie 4b des modules à semi-conducteurs 1 font respectivement saillie dans des directions différentes les unes des autres, comme montré sur la figure 27, à la différence du deuxième mode de réalisation, mais les bornes d'entrée 4a sont agencées de manière collective ou intensive au niveau de la surface latérale d'un côté des modules à semi-conducteurs 1, et ainsi, même si les parties constitutives pour les blocs de bornes d'entrée 16b et le module condensateur de filtrage 17 peuvent être détournées pour un appareil de conversion de puissance de n'importe quelle construction.

Conformément à cela, les améliorations de la capacité d'adaptation de l'appareil de conversion de puissance, de la réduction du coût du fait du détournement de parties constitutives et du raccourcissement du cycle de développement ne sont pas moins importantes comparées à celles de l'appareil de conversion de puissance du deuxième mode de réalisation, et les mêmes effets que ceux du deuxième mode de réalisation peuvent également être obtenus dans le troisième mode de réalisation.

Claims (12)

1. REVENDICATIONS1. Appareil de conversion de puissance pour une utilisation dans un véhicule, caractérisé en ce qu'il 5 comprend : une pluralité de modules à semi-conducteurs (1) dans lesquels des dispositifs à semi-conducteurs sont scellés dans une résine, et comportant chacun un corps de module (la), une borne d'entrée (4a) et une borne de 10 sortie (4b) ; un dissipateur de chaleur (2, 2A, 2B) avec une forme de parallélépipède rectangle qui a des plans principaux de refroidissement sur des surfaces opposées de celui-ci, respectivement, pour le refroidissement de 15 ces modules à semi-conducteurs (1) ; et une pluralité de cartes de contrôle (3) qui sont connectées électriquement aux modules à semi-conducteurs (1) pour contrôler la commande desdits modules à semi-conducteurs (1) ; 20 dans lequel chacun desdits modules à semi-conducteurs (1) est agencé d'une manière telle que son corps de module (la) a un plan principal en contact superficiel avec l'un desdits plans principaux de refroidissement dudit dissipateur de chaleur (2) ; et 25 chacune desdites cartes de contrôle (3) est agencée en opposition avec une surface dudit corps de module (la) d'un côté opposé dudit plan principal de celui-ci. 30
2. 2. Appareil de conversion de puissance pour une utilisation dans un véhicule selon la revendication 1,dans lequel ledit dissipateur de chaleur (2, 2A, 2B) a une épaisseur qui est inférieure à une largeur entre une première surface latérale dudit corps de module (la) de laquelle ladite borne d'entrée (4a) fait saillie, et une deuxième surface latérale dudit corps de module (la) opposée à ladite première surface latérale.
3. 3. Appareil de conversion de puissance pour une utilisation dans un véhicule selon la revendication 1 ou 2, dans lequel une forme globale de l'appareil de conversion de puissance est une forme de parallélépipède rectangle.
4. 4. Appareil de conversion de puissance pour une utilisation dans un véhicule selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel ledit dissipateur de chaleur (2, 2A, 2B) est composé d'une pluralité de structures métalliques jointes les unes aux autres par brasage.
5. 5. Appareil de conversion de puissance pour une utilisation dans un véhicule selon l'une quelconque des revendication 1 à 4, dans lequel ledit plan principal dudit corps de module (la) a un degré de planéité identique à celui desdits plans principaux de refroidissement dudit dissipateur de chaleur (2, 2A, 2B).
6. 6. Appareil de conversion de puissance pour une utilisation dans un véhicule selon l'une quelconque desrevendications 1 à 5, dans lequel un goujon (10) pour fixer fermement lesdits modules à semi-conducteurs (1) est formé verticalement dans chacun desdits plans principaux de refroidissement dudit dissipateur de chaleur (2).
7. 7. Appareil de conversion de puissance pour une utilisation dans un véhicule selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel ledit dissipateur de chaleur (2B) comporte un trou (18) pour fixer fermement lesdits modules à semi-conducteurs (1).
8. 8. Appareil de conversion de puissance pour une utilisation dans un véhicule selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel ladite borne d'entrée (4a) et ladite borne de sortie (4b) sont agencées au niveau d'une surface latérale dudit dissipateur de chaleur (2, 2A, 2B).
9. 9. Appareil de conversion de puissance pour une utilisation dans un véhicule selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel ladite borne d'entrée (4a) est agencée au niveau d'une surface latérale des surfaces latérales opposées dudit dissipateur de chaleur (2, 2A, 2B), et ladite borne de sortie (4b) est agencée au niveau de l'autre surface latérale dudit dissipateur de chaleur (2, 2A, 2B) opposée à ladite une surface latérale de celui-ci.
10. 10. Appareil de conversion de puissance pour une utilisation dans un véhicule selon l'une quelconque desrevendications 1 à 9, dans lequel ledit dissipateur de chaleur (2) est fixé fermement à un module condensateur de filtrage (17) qui lisse une tension d'entrée desdits modules à semi-conducteurs (1) agencés au-dessus ou au- dessous desdits plans principaux de refroidissement dudit dissipateur de chaleur (2).
11. 11. Appareil de conversion de puissance pour une utilisation dans un véhicule selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel des condensateurs de filtrage pour lisser une tension d'entrée desdits modules à semi-conducteurs (1) sont agencés en parallèle dans une direction le long desdits plans principaux de refroidissement dudit dissipateur de chaleur (2B).
12. 12. Appareil de conversion de puissance pour une utilisation dans un véhicule selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel un bloc de bornes (16b, 16c) comportant une borne métallique moulée dans une résine est agencé au niveau d'une surface latérale dudit dissipateur de chaleur (2B), et ce bloc de bornes (16b, 16c) est fixé fermement audit dissipateur de chaleur (2B).